本报西安2月27日专电 (驻陕记者韩宏) 近日，西安交通大学微纳中心博士生李蒙、解德刚，教授单智伟与美国、沙特研究人员在《自然-材料》上发表论文，揭示了充氢后的金属铝单晶在高温下的界面演化过程，同时研究取得突破性进展，对研发和制备高温抗氢损伤材料具有重要的指导意义。
作为世界上最轻的元素，氢很容易钻进其它材料内部，导致材料发生界面失效、形成内部孔洞等，从而严重劣化材料的力学性能。为了揭示氢劣化材料力学性能的机理、防范灾难性事故的发生，人们进行了长达一个多世纪的探索和研究，但这些研究大多是在室温下完成的。随着现代工业的发展，氢在高温下对材料性能的影响日益受到人们的关注，但因实验技术的限制，截至目前，少有关于高温下氢对材料微观结构影响的报道，尤其是在微纳尺度。
李蒙在单智伟的指导下，与沙特阿卜杜拉国王科技大学教授张西祥合作，成功研发出新型原位电镜加热装置。利用这一设备，选取铝单晶作为模型材料，李蒙和解德刚在环境透射电镜中研究了充氢后的微纳尺度铝柱在加热过程中界面结构演化的全过程。实验发现，在升温过程中，铝-氧化铝界面处会首先形成很多含氢纳米空腔，这些纳米空腔会逐渐合并长大；但超过某一临界温度后，它们又会逐渐缩小直至消失，同时会在样品某些位置快速形成巨型空腔。此时样品表面依然保持原有的形状，且常规观测条件并不能发现它们的存在。
实验进一步发现，电子束辅助充氢过程还会在金属内部形成大量过饱和空位，并与钻进金属内部的氢原子结合形成氢-空位对。室温下，这些氢-空位对相对稳定，移动性很弱，但在超过临界温度后，这些氢-空位对会分解并快速移动到界面处，进一步破坏金属-氧化物界面，并在界面上形成一个金属长程扩散的“高速公路”，最终导致巨型空腔的形成。
该研究工作由西安交大研究人员与美国约翰霍普金斯大学教授马恩、麻省理工学院教授李巨以及张西祥合作完成，并得到了国家自然科学基金和西安交大微纳制造与测试技术国际联合实验室等的资助。
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